建筑節(jié)能設計的應用

陳文濤

摘要：建筑節(jié)能問題是當前建筑業(yè)發(fā)展面臨的一個重大的挑戰(zhàn)和機遇。建筑節(jié)能的實現(xiàn)需要對建筑設計的觀念和設計方法進行變革，從建筑功能和價值形成的初期保證建筑節(jié)能目標實現(xiàn)。本文通過對建筑節(jié)能設計、建筑圍護結(jié)構(gòu)節(jié)能設計兩方面進行研究，提出了可再生資源節(jié)能設計的方案。

關(guān)鍵詞：建筑節(jié)能；設計；可再生資源

1建筑節(jié)能設計

1.1建筑選址、建筑布局與節(jié)能設計

建筑基地不適宜選擇在山谷、洼地及凹地等處，因冬季冷氣流在凹地里易形成對于建筑物的“霜洞”效應，位于凹地的底層或半地下層建筑為保持所需的室內(nèi)溫度所消耗的能量就會相應增加。建筑物要盡量布置在向陽和避風的地方，向陽有利于建筑物充分利用太陽能，避風可盡量減少建筑物的熱損失。在進行建筑布局時，要控制城市規(guī)模，并在規(guī)劃設計中，注意避免人口密度與建筑密度較高的功能區(qū)連片布置，控制區(qū)域密度。

1.2建筑體形設計與節(jié)能

節(jié)能建筑的形態(tài)不僅要求體形系數(shù)（外表面積/體積）小，同時需要夏季日輻射得熱少，冬季還需要對避寒風有利。有研究表明，體形系數(shù)每增大0.01，耗熱量指標約增加2.5%，建筑體形系數(shù)宜控制在0.30以下。一般來說，控制或降低體形系數(shù)的方法有：減少建筑面寬、加大進深或增加組合體、增加建筑物的層數(shù)、選用長條形建筑外形等，而形體復雜、凹凸面過多的塔式建筑對節(jié)能不利。建筑體形系數(shù)還與建筑物的體形是否規(guī)整及建筑的體量大小有關(guān)。在建筑設計中，應注意最低耗能體形的選擇，即建筑的各方面尺寸與其有效傳熱系數(shù)相對應的最佳節(jié)能體形。一般來講，當各面的平均有效傳熱系數(shù)不同時，傳熱系數(shù)相對較小的面具有相應較大面積的體形是最佳體形；而當各面的平均傳熱系數(shù)相同時，體形系數(shù)最小的體形是最佳體形。

1.3建筑間距設計與節(jié)能

日照間距是影響生活質(zhì)量的重要因素，制定日照間距的最終目的是確保居民生活的日照時間。陽光對于個人不僅有衛(wèi)生學的意義，同時對人的心理及精神也具有一定的影響。較大的建筑間距可以使建筑物有充分的日照時間和良好的日照質(zhì)量，對建筑節(jié)能非常有利。但因城市用地非常緊張，從節(jié)約土地的角度出發(fā)，又希望建筑間距越小越好。在建筑設計中，要合理解決這一矛盾。在進行總平面設計時，合理布置建筑物，使其達到有良好日照和較小間距的最優(yōu)組合。在建筑單體設計中，可以采用退層處理、降低層高等方法。

2建筑節(jié)能設計應用

2.1墻體節(jié)能設計

建筑節(jié)能設計的主要手段是外圍護的選材和構(gòu)造。墻體作為外圍護結(jié)構(gòu)的主體，外墻體的保溫設計相當重要，必須改變以往的外墻設計，采用新的節(jié)能墻體材料。在禁止使用黏土磚以后，應該把外墻的節(jié)能構(gòu)造列為重要課題。墻體節(jié)能是采用高效保溫隔熱材料附著或填入墻體內(nèi)，以提高墻體的熱阻。復合墻體越來越成為當代節(jié)能墻體的主流，其一般做法是用磚或鋼筋混凝土做承重墻并與絕熱材料復合，某些單一材料墻體也可以起到減少能耗的作用。墻體改革推動了新型墻體材料的發(fā)展，多種節(jié)能型墻體應運而生，主要有以下幾種：內(nèi)保溫復合墻體、外保溫復合墻體、夾芯復合墻體等。隨著建筑節(jié)能技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，外墻外保溫技術(shù)逐漸成為建筑保溫節(jié)能形式的主流。從科學合理的角度而言，外墻外保溫形式是一種先進的、有著廣泛應用前景的保溫節(jié)能技術(shù)，目前主要有聚苯板薄抹灰外墻保溫、聚苯板現(xiàn)澆混凝土外墻保溫、泡沫玻璃保溫板外墻保溫等幾種墻體外保溫技術(shù)。

2.2窗節(jié)能

在保證日照、采光、通風、觀景等要求的條件下，盡量減小建筑物外門窗洞口的面積是節(jié)能設計中應遵循的原則。影響窗的熱損失因素有以下幾種：

（1）窗戶面積與空調(diào)負荷大小有一定關(guān)系。窗墻比宜進行適當控制，在窗墻比的選擇上應區(qū)別不同的朝向。對于南向窗在選擇合適的玻璃層數(shù)及采取有效措施減少熱耗的前提下可適當增加窗面積，充分利用太陽輻射熱，而對其他朝向的窗，應在滿足居室采光環(huán)境質(zhì)量要求的條件下使用，是冬季減少熱耗的一個有效措施。要適當減少開窗面積以降低熱耗。

（2）窗材料熱阻方面：a窗框：選用金屬材料窗型與隔熱保溫材料窗型的窗框材料進行復合，加大窗框的熱阻，或利用空腹鋼窗內(nèi)的空氣間層達到增加窗框熱阻的目的。同時，選用導熱系數(shù)較小的塑料窗框以減少通過窗框部分的熱耗。

b玻璃：吸熱玻璃是在玻璃本體內(nèi)摻入金屬離子，使其對太陽能有選擇地吸收，同時呈現(xiàn)不同的顏色。吸熱玻璃也可用鍍膜方法生產(chǎn)。吸熱玻璃的節(jié)能是通過太陽光透過玻璃時將30%～40%的光能轉(zhuǎn)化為熱能而被玻璃吸收，熱能以對流和輻射的形式散發(fā)出去，從而減少太陽能進入室內(nèi)。

c加強窗的氣密性，采用氣密條提高外窗氣密水平，提高窗用型材的規(guī)格尺寸、準確度、尺寸穩(wěn)定性和組裝的精確度以增加開啟縫隙部位的搭接量，減少開啟縫的寬度，達到減少空氣滲透的目的。近年來涌現(xiàn)的節(jié)能門窗的保溫性和氣密性都較好，而加強窗戶的氣密性是節(jié)能的關(guān)鍵措施。但是，加強窗戶的氣密性以減少空氣滲透耗熱量是以保證室內(nèi)最低限度的換氣次數(shù)為限度的，窗戶過于密閉，室內(nèi)空氣質(zhì)量達不到基本的衛(wèi)生要求，也會使窗戶造價提高，因此窗戶的氣密性達到4級和6級即可。

（3）安排好門窗的相對位置及開啟方式，組織穿堂風通過。應設置可調(diào)節(jié)的活動遮陽設施，如遮陽棚、窗蓋板、窗簾、百葉、熱反射簾或自動卷簾等，以便夏季減少太陽輻射得熱，冬季又得到日照，特別對西向、南向窗要更加重視。

2.3屋頂節(jié)能

除了考慮采用高效保溫材料作為屋面的保溫層措施外，還可從建筑設計角度考慮，在頂層設置通風隔熱層或?qū)㈨攲幼鳛樵O備間等，形成二次隔熱，減少屋面溫度的影響；可設倒置式屋面；采用種植隔熱屋頂，改善生態(tài)環(huán)境；可采用坡屋頂，利用閣樓通風散熱。

（1）隔熱屋頂：屋頂構(gòu)造中設置的隔熱層阻擋了屋面吸收的太陽輻射熱向室內(nèi)傳導，迫使屋面溫度升高以增大屋面與環(huán)境和空氣的溫差，使其有利于屋面將吸收的太陽輻射熱向環(huán)境和空氣散發(fā)。高效保溫材料的應用，提高了屋頂?shù)母魺嵝阅堋?

（2）倒置式屋頂：采用倒鋪法，保溫材料設在防水層以上，使防水層不直接接受日光曝曬，保護防水層以延緩其老化，使之耐久。

（3）架空型保溫屋頂：屋頂最外層是遮陽板，下帶通風空氣層，遮陽板攔截了直接照射到屋頂?shù)奶栞椛錈幔⑼ㄟ^遮陽板與空氣接觸的上下兩個表面把所吸收的太陽輻射熱轉(zhuǎn)移到空氣中隨風帶走，風速越大帶走的熱量越多，隔熱效果也越好。

（4）種植隔熱屋頂：在屋頂上種一些植物，遮擋太陽輻射熱的同時還吸收這些熱量用于植物的光合作用、蒸騰作用和呼吸作用，把照射到屋頂?shù)奶栞椛錈徂D(zhuǎn)化為植物的生物能量和空氣的有益成分，實現(xiàn)太陽輻射熱的資源性轉(zhuǎn)化，因此屋面溫度變化比較小。種植隔熱屋頂?shù)闹餐敛荒芴瘢参镌h不如地面，因此只適用于弱風環(huán)境而不適用于強風環(huán)境。

3利用可再生能源的節(jié)能設計

我們?nèi)祟惸壳跋M的能源包括建筑使用消費的能源，主要是煤炭、石油和天然氣等化石能源。化石能源的枯竭是不可避免的，大部分化石能源本世紀將被開采殆盡。太陽能作為可再生能源，它資源豐富，既可免費使用又無須運輸，對環(huán)境又無任何污染。

太陽能與建筑結(jié)合為我們有效利用可再生能源提供了一個理想途徑。建筑物利用太陽能的方式有被動式和主動式兩種。被動式利用太陽能是指建筑物直接利用太陽輻射的能量使其室內(nèi)冬季最低溫度升高、夏季最高溫度降低。主動式利用太陽能是指通過一定的裝置將太陽能轉(zhuǎn)化為人們?nèi)粘Ｉ钏璧臒崮芎碗娔堋?/p>

其中熱利用的太陽能熱水器技術(shù)已趨成熟。我國目前是世界上太陽能熱水器的最大生產(chǎn)國和使用國，但綜合利用的技術(shù)水平低。為了更好地利用太陽能，必須綜合考慮太陽能技術(shù)和經(jīng)濟、環(huán)境、人文等因素之間的合理關(guān)系，將太陽能設計成一個子系統(tǒng)融合在建筑當中，即實現(xiàn)太陽能與建筑的一體化是今后建筑設計的一個方向。

（2）太陽能電池發(fā)電系統(tǒng)是利用光伏效應原理將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能的發(fā)電系統(tǒng)。西方發(fā)達國家在這方面的應用已有比較成功的經(jīng)驗。由于成本高，在國內(nèi)的大面積推廣應用還需要時間，可以優(yōu)先考慮在公共建筑和較高檔的住宅區(qū)中試用，以積累設計和使用經(jīng)驗。預計21世紀中葉太陽能光伏發(fā)電將發(fā)展為重要的發(fā)電方式，在世界可持續(xù)發(fā)展的能源結(jié)構(gòu)中占有一定的比例。太陽能在建筑上的應用不僅可以節(jié)省能源，更重要的是有利于保護環(huán)境。利用太陽能供電、供熱、供冷、照明，最終實現(xiàn)綠色能源的建筑是世界上許多發(fā)達國家的熱門研究課題，也是21世紀一個應用面很廣、需求量很大的多學科交叉的綜合性課題。這是太陽能利用的一個引人注目的發(fā)展趨勢。

4結(jié)束語

要想建筑節(jié)能設計真正做到節(jié)能，關(guān)鍵要明確建筑節(jié)能設計的目的，端正心態(tài)，多學習節(jié)能方面的系統(tǒng)知識。從建筑能耗構(gòu)成中的最大部分著手制定出切實有效并可行的節(jié)能措施，達到建筑節(jié)能效果，以保證盡可能地為人們提供健康、舒適、安全的居住、工作、學習和活動的綠色建筑。